有机化学15第八章脂肪族卤代烃-课件.ppt
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- 有机化学 15 第八 脂肪 族卤代烃 课件
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1、第八章 脂肪族卤代烃 第一节 卤代烷 第二节 卤代烯烃 第三节 氟代烃 第八章 脂肪族卤代烃 卤代烃烃分子中的氢原子被卤素(Cl、Br、I)取代的衍生物。分类分类(二种方法):根据母体烃的结构:饱和卤代烃、不饱和卤代烃 根据X的不同及数目:氯代烃、溴代烃、一元卤烃、二元卤烃例如:CH3ClBrClCHI3CH2 CH2BrBrCH2=CHBrCH2=C-CH=CH2ClF2C=CF2氯甲烷溴代环己烷1,2-二溴乙烷三碘甲烷一元卤代烃二元卤代烃三元卤代烃多元卤代烃一元卤代烃溴乙烯3-氯环己烯2-氯1,3-丁二烯四氟乙烯饱和卤代烃不饱和卤代烃第一节 卤代烷(一)卤代烷的分类和命名(二)卤代烃的制法
2、(三)卤代烷的物理性质(四)卤代烷的化学性质(五)亲核取代反应机理(六)影响亲核取代反应的因素(七)消除反应的机理(八)影响消除和取代反应的因素 第一节 卤代烷(一)卤代烷的分类和命名 卤代烷的分类卤代烷的分类 根据与卤原子相连的碳的类型根据与卤原子相连的碳的类型:伯卤烷CH3CH2X、仲卤烷(CH3)2CHX、叔卤烷(CH3)3CX CH3CH2CH2CH2BrCH3CHCH2CH3ClCH3CCH2CH2CH3CH3Br1-溴丁烷2-氯丁烷2-甲基-2-溴戊烷伯仲 叔(2)卤代烷的命名卤代烷的命名(甲甲)普通命名法普通命名法 烷基名卤素名 CH3CH2CH2CH2ClCCH3CH3H3CB
3、r正丁基氯 叔丁基溴例:CH3CHCH2-C-CH-CH3ClClClCH3CH3CHCH2CHCH3ClCH32-甲基-4-氯戊烷2-甲基-3,3,5-三氯己烷例:(大小次序规则:氯大于烷基;编号:氯大于甲基)CH3-C CH-CH2-CH3ClCl CH3CH3-CH2-CH2-C CH CH-CH3Cl BrFCH(CH3)23-甲基-2,2-二氯戊烷4-异丙基-2-氟-4-氯-3-溴庚烷(先写小的基团,后写大的基团)(乙乙)系统命名法系统命名法 按照烷烃命名法编号,把卤素和支链作为取代基。(二)卤代烃的制法(1)脂肪(环)烃的卤化(2)(2)从不饱和烃制备(3)(3)从醇制备(4)(4
4、)卤原子交换(二)卤代烃的制法(1)脂肪脂肪(环环)烃的卤化烃的卤化(2)例:例:OON-BrN-溴代丁二酰亚胺(NBS)OON-HBrCCl4沸腾,80%+(2)从不饱和烃制备从不饱和烃制备 例:CH2=CH-CH2Cl+HBrBrCH2CH2CH2Cl过氧化苯甲酰20 C,73%。CH2=CH-CH=CH2+2Br2CH2 CH CH CH2BrBrBrBr回流,CCl468%(过氧物存在下反马)(3)从醇制备从醇制备 可增加ROH的浓度或除去水,使平衡右移(制高沸点RX)ROH+PX3PX5RX+P(OH)3RX+POCl3。b.p 180 C(分解)b.p 105.8 C。(制低沸点R
5、X)不重排!2SO亚砜SOO砜(4)卤原子交换卤原子交换 例:RCHCH2 HBr过氧化物RCH2CH2BrRCH2CH2INaI/丙酮(三三)卤代烷的物理性质卤代烷的物理性质(1)(1)沸点和熔点沸点和熔点b.p:RIRBrRClRFRHC4H9F、C3H7Cl、C2H5Br、CH3I以上为液体或固体m.p:分子对称性,熔点(2)(2)相对密度相对密度分子中卤素原子数目,其相对密度。一元卤代烷中RF、RCl的d1;RBr、RI的d1;多卤代烃的d1。(3)(3)光谱性质光谱性质 化学键CFCClC-BrC-ICX/cm-110001400600800500600500 CH3FCH3ClCH
6、3BrCH3ICH2Cl2CHCl3CH3CH3H4.263.052.682.165.337.240.9a.红外光谱红外光谱 b.核磁共振谱核磁共振谱 c.由于电负性:XC(饱和),所以-H、-H的有明显的去屏蔽效应。CH3 CH2 CH2 Cl1.061.813.47CH3 CH2 CH2 Br2.61.651.05H三重峰六重峰六重峰三重峰三重峰三重峰峰形:CH3 CH2 CH30.91.3例1:例2:(四)卤代烷的化学性质(1)取代反应(2)(2)消除反应(3)(3)与金属反应(4)(4)相转移催化反应(1)取代反应(甲)水解(乙)与醇钠作用(丙)与氰化钠作用(丁)与氨作用(戊)卤离子交
7、换反应(己)与硝酸银作用(四)卤代烷的化学性质(1)取代反应取代反应 RN u+X-RX +Nu-反应物底物亲核试剂离去基团亲核试剂(Nu)可进攻 中的正电中心,将X取代。亲核试剂带有孤对电子或负电荷,对原子核或正电荷有亲和力的试剂,用Nu:或Nu表示。常见的亲核试剂有:OR、OH、CN、NH3、H2O等。(甲甲)水解水解 在H2O或H2OOH中进行,得醇。RX+H2OROH+HXOH-H2O+X-可逆反应!反应活性:RIRBrRClRF(难)加碱的原因:亲核性:OHH2O;OH可中和反应生成的HX。C5H11Cl C5H11OH+NaClNaOH/H2O自由基氯化得杂醇油工业溶剂,卤烷水解反
8、应及其机理在有机化学理论上重要!卤烷水解反应及其机理在有机化学理论上重要!(见(见SN1、SN2)(乙乙)与醇钠作用与醇钠作用 得醚(单纯醚、混合醚)Williamson合成法 RX +RO-Na+ROR+NaX伯卤烷醇钠,强碱!例:(丙丙)与氰化钠作用与氰化钠作用 在NaCN的醇溶液中进行,得腈。RX+Na+CN-RCN+Na+X-醇RCOOHH2O该反应是增长碳链的方法之一。(增加一个C)例:Br(CH2)5Br+2KCNNC(CH2)5CN+2KBrC2H5OH,H2O回流8h,75%CH3CH2CHCH3+NaCNCH3CH2CHCH3+NaCl,二甲基亚砜 3h,65%-70%ClC
9、N 进行亲核取代反应的RX一般是伯卤烷,而仲、叔卤烷的反应产物主要是烯烃。(见E1、E2)(丁丁)与氨作用与氨作用 伯卤烷伯胺RNH2 HXRNH2+NH4XRX+NH3NH3例:(戊戊)卤离子交换反应卤离子交换反应 反应活性:伯卤烷仲卤烷叔卤烷。(参见SN2)生成的NaCl或NaBr不溶于丙酮而形成沉淀,此反应可用于检验氯代烷和溴代烷。RCl+NaIRI+NaCl丙酮 (RBr)(NaBr)(己己)与硝酸银作用与硝酸银作用 在醇溶液中进行,得卤化银沉淀及硝酸酯,用于鉴别卤烃。RX+AgNO3RONO2+AgXC2H5OH反应活性:叔卤烷仲卤烷伯卤烷。(参见SN1)此反应可用于区别伯、仲、叔卤
10、代烷。例如:(2)消除反应消除反应 消除反应反应中失去一个小分子(如H2O、NH3、HX等)的反应叫消除反应,用E(Elimination)表示。(甲甲)脱卤化氢脱卤化氢 由于X的I效应,RX的H有微弱酸性,在NaOH醇中可消去HX,得烯烃或炔烃:醇R-CCH+2KOHR-C CH+2KX+2H2OHXXH反应活性:叔卤烷仲卤烷伯卤烷。消除方向:消除方向:脱去含氢较少的碳上的氢原子。(查依采夫规则)CH3CHCHCH2CH3CH=CHCH3+CH3CH2CH=CH2HBrH81%19%KOH乙醇CH3CH2-C-CH3CH3BrKOH乙醇CH3CH=C(CH3)2+CH3CH2-C=CH2CH
11、371%29%RCH2CH2XRCH2CH2OHRCH=CH2NaOH/C2H5OHNaOH/H2O 卤烷的水解反应和脱去HX的反应都是在碱性条件下进行的,它们常常同时进行,相互竞争。竞争优势取决于RX的结构和反应条件。例:注意:(乙)脱卤素-C-C-X X+Zn乙醇CC+ZnX2CC乙醇CC乙醇-C-C-C-C-I I+I2双键难加碘的原因()(3)与金属反应(甲)与锂反应(乙)与镁反应(3)与金属反应(甲甲)与锂反应与锂反应 CH3CH2CH2CH2Br+2LiCH3CH2CH2CH2Li+LiBr-10 C乙醚。反应活性大于RMgX反应活性:RI(太快)RBr(常用)RCl(常用)RF(
12、太慢)反应在戊烷、石油醚、乙醚等惰性溶剂中进行,通常用氮气保护,以防止生成的烷基锂遇空气氧化,遇水分解。2RLi+CuX R2CuLi+LiX醚二烷基铜锂,烃基化试剂N2(R=烷基、烯基、烯丙基、芳基;X=I、Br、Cl)Corey-House反应:由烷基铜锂和卤烃制烷烃。例:C2H5C=CHCH2CH2C=CHCH2OHCH3C2H5(C2H5)2CuLi65%C2H5C=CHCH2CH2C=CHCH2OHCH3I烷基锂与卤化亚铜反应生成二烷基铜锂:CH3(CH2)32CuLi+2CH3(CH2)6ClCH3(CH2)3-(CH2)6CH3+LiCl+CuCl乙醚0 C,75%。(乙)与镁反
13、应 绝对乙醚无水、无乙醇的乙醚。格氏试剂的结构目前还不十分清楚,一般认为它是溶剂化的:MgRC2H5C2H5OC2H5C2H5OX 用四氢呋喃(THF,b.p 66)代替乙醚(b.p34),可使许多不活泼的乙烯型卤代烃制成格氏试剂:Br+MgMgBrTHFFuran Tetrahydrofuran O四氢呋喃O呋喃RX+MgR MgX乙醚绝对格氏试剂,Grignard reagent格代试剂在有机合成上很有用,但它最忌水、忌活泼氢:R-MgX+H-OHH-NH2H-XH-ORH-C CR定量生成RH+MgX(OH)MgX(OR)MgX(NH2)MgX2RC CMgX炔基卤化镁,合成上有用合成上
14、无用活泼氢制备格氏试剂时,一定要用“干醚”,防止格氏试剂分解。如果用CH3MgI与活泼氢反应,可定量测定活泼氢。所以:(4)相转移催化反应 相转移催化反应(Phase transfer catalytic reaction PTC)是化学反应的方式之一。其特点是:条件温和,操作简单,产率高,速率快,选择性好。现举例如下:例1:1-氯辛烷与氰化钠水溶液的反应:若不加相转移催化剂,加热两周也不反应。CH3(CH2)6CH2OH+CH3(CH2)3ClCH3(CH2)6CH2-O-(CH2)3CH3(C4H9)4NSO4H,95%NaOH,H2O,+-例2:醇在氢氧化钠水溶液水溶液中与卤代烷作用得到
15、醚:若不加相转移催化剂,反应必须在无水条件下进行。例3:卤素交换反应,可通过加入相转移催化剂而加速:CH3(CH2)7BrCH3(CH2)7I+KBrKI无催化剂,H2O80 C,24h。二环己烷并-18-冠-6,H2O。80 C,3hCH3(CH2)7I+KBr(4%)(100%)相转移催化剂的作用是:催化剂中的正离子(如C16H33N+(C4H9)3,用Q+表示)与反应物之一的负离子(如CN-)因静电吸引而形成两相均可溶解的离子对。反应物产物反应物Q+X-+R-CNQ+CN-+R-X离子对有机相界面水相离子对Q+X-+NaCNQ+CN-+Na+X-自由离子(如季铵盐)自由离子两相中均可溶解
16、 两相中均可溶解 自20世纪60年代以来,相转移催化反应发展很快,已成为有机合成的一种新技术。(五)亲核取代反应机理(1)双分子亲核取代反应(SN2)机理(2)(2)单分子亲核取代反应(SN1)机理(3)(3)分子内亲核取代反应机理 邻基效应(五)亲核取代反应机理(1)双分子亲核取代反应双分子亲核取代反应(SN2)机理机理 以为例:CH3BrCH3OH+Br-NaOH-H2Ov=kCH3BrOH-反应机理:(动画)sp2HBrHHOH-+(A)(B)(C)过渡态C+Br-CHHOHHHO C BrHHH反应速率方程:能量反应进程EH(A)(B)(C)SN2能量曲线:SN2反应的立体化学:反应的
17、立体化学:Walden转化是SN2反应的重要标志。构型转化C6H13H3CCBrHH13C6+NaOHCH3CHHO+NaBr。34.6。一步完成,OH与CH3Br都参与,;CO键的生成与CBr键的断裂同时进行,有过渡态;有 Walden转化,手性分子发生SN2反应时,构型翻转。SN2反应的特点:反应的特点:例1:例2:(2)单分子亲核取代反应单分子亲核取代反应(SN1)机理机理 以为例:(CH3)3C-Br(CH3)3C-OH+OH-+Br-(CH3)3Brv=k 这说明决速步骤与OH无关,而仅与RX的浓度及CX的强度有关。因此,该反应是分步进行的。反应机理:第一步,CBr键解离:ICH3
18、C Br(A)CH3 C BrCH3 C +Br-(B)(C)过渡态活性中间体慢CH3CH3CH3CH3CH3CH3反应速率方程:第二步,生成CO键:(D)(E)快(C)活性中间体CH3 C +OH-CH3 C OHCH3 C OHCH3CH3CH3CH3CH3CH3过渡态I I SN1反应的能量变化过程:1EE2H能量反应进程(A)(B)(C)(D)(E)SN1反应的立体化学反应的立体化学 CCH3CH3H3C+OH-ababCHOCH3CH3CH3H3CCH3CH3COH如果一个手性分子进行SN1时,其产物为外消旋体:OH-abH3CCBrC6H5H+CH3CC6H5H-Br-慢OH-快H
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